4.5 Мідно-нікелеві сплави

Ці матеріали використовуються, як конструкційні корозійно-стійкі і електротехнічні. Виготовляються вони згідно з ГОСТ 492-73 «Нікель, сплави нікелеві і мідно-нікелеві, оброблювані тиском і маркіруються так: МНЖ 5-1 (Fe 1-1,4%, Mn 0,3-0,8%, (Ni+Co) 5,0-6,5%, решта Cu), МНЖМц 30-1-1 (Fe 0,5-1%, Mn 0,5-1,0%, (Ni+Co) 29-33%, Cu-решта).

Найбільш розповсюдженим з цієї групи сплавів є МНЖ 5-1 у вигляді листів, лент, труб, дроту, прутків, з нього виготовляють вироби, працюючи у морській воді, органичніх кислотах, розчинах солей і т.і.

Основні труднощі при зварюванні пов’язані із схильністю до утворення гарячих тріщин, що обумовлено такими ж самими причинами, як і в разі зварювання міді, та наявність нікеля в сплаві збільшує вірогідність їх появи.

Разом з ним в сплав попадають хибні примішки вісмут, свинець з низькими температурами плавлення та сірка, що сприяє утворенню міжзеренних евтектик, послабляючих зв’язок між зернами затвердівшого сплава. Боротьба з ними ведеться шляхом введення елементів модифікаторів – церія, цирконія, магнія, за допомогою яких утворюються тугоплавкі з’єднання; вони кристалізуються не як міжкришталеві прошарки, а як компактні ізольовані криштали, роблять структуру дрібнозернистою.

Наявність погано виводимих у шлак часток закису нікеля (Тпл=2090°С) і пороутворення долається застосуванням інертної захисної атмосфери і компонентів флюсів і електродних покриттів.

Для зварювання мідно-нікелевих сплавів передбачені дві марки зварювальних дротів: МНЖ 5-1 – для зварювання їх між собою, а також з латунями, алюмінієво-марганцевою бронзою і дріт МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 – для ручного, механізованого зварювання в захисних газах Cu-Ni сплавів, а також міді з бронзою, латунню і сталлю, Cu-Ni сплавів з бронзою, латунню і сталлю і наплавлення на сталь.

Газове зварювання виконується нормальним ацетилено-кисневим полум’ям (β = 1,0-1,1) потужністю 100 л/г на 1 мм зварюваної товщини із застосуванням прутків МНЖ 5-1 і флюсів на борній основі. Одержані зварні з’єднання забезпечують міцностні характеристики на рівні 80-90% від цих показників для основного метала, тому використовуються дуже рідко.

Ручне дугове зварювання покритими електродами застосовується для зварювання виробів із сплавів марок МНЖ 5-1, МН-10, МН-19, МНЖМц 30-1-1, МН-25.

Вибір типа швів, підготовка кромок до зварювання вимоги до постановки прихваток (мусять бути виконаними тими ж електродами, що і зварювання) здійснюється на основі тих же міркувань, що і для зварювання міді.

Як стрижень, вживається пруток або дріт відповідаючий складу зварюваного метала. На стрижень наноситься покриття фтористо-кальцієвого типа, наприклад, МН4 такого склада: 30% мармура, 35% плавикового шпата, 10% двоокису титана, 10% алюмінієвої пудри, 5% феротитана, 8% криоліта, 2% поташа. Якщо до зварних швів не висуваються вимого ідентичності склада основного і наплавленого метала або дріт даного склада не виробляється, можна використовувати електроди зі стрижнем марки МНЖ 5-1 або МНЖКТ 5-1-0,2-0,2. Для інтенсифікації процесів газовилучення за рахунок утворення СО, в таке покриття, побудоване на флюоритно-карбонатній основі, вводять 8-10% графіта. Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності електродами діаметром 4-5мм; зварювальний струм вибирається із залежності I_зв = (45-50)d_е.

Ручне дугове зварювання вольфрамовим електродом в захисних газах сплавів типа МНЖ 5-1 використовується для стикових з’єднань товщиною 1-16мм, кутових з’єднань і внапустку товщиною 1-10мм і таврових з’єднань товщиною 2-12 мм в тих випадках, коли в однобічних швах потребується повний провар кромок швів у різних просторових положеннях і якщо до них є доступ, що особливо важливо при зварюванні у монтажних умовах.

Основні типи швів, підготовка кромок до зварювання, вимоги до постановки прихваток такіж самі, що і для міді.

Попередній підігрів для мідно-нікелевих сплавів, вміщуючих залізо не тільки не потрібний, але й хибний. Для прихватки і зварювання застосовується присадний дріт марки МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 у поєднанні з аргоном чи азотом на постійному струмі прямої полярності при витратах аргона 5-10 л/хв і азота 10-13 л/хв на параметрах режима, наведених в табл. 4.51 і 4.52.

Таблиця 4.51 – Орієнтовні параметри режима аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом стикових кільцевих необертаємих з’єднань із сплава МНЖ 5-1

Товщина метала, мм	dWe, мм	dприс., мм	Iзв, А при виконанні
			першого валика		подальших валиків
			на вазі	на підкладці		на вазі	на підкладці
1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 10,0	2-3 2-3 3-4 3-4 3-4 4-5 5	2-3 2-3 2-4 2-4 2-5 2-5 3-5	50-60 55-65 60-70 70-80 80-90 90-100 160-170	- 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 170-190		60-70 65-75 70-80 80-90 90-100* 100-110** 260-270*** 280-380****	- - - - 120-130* 130-140** 270-280*** 280-300****

Примітки:1. Напруга на дузі 10-15 В для всіх випадків.

2. * Другий і третій валики, ** другий-четвертий валики, *** другий

валик, **** третій-восьмий валики.

Таблиця 4.52 – Орієнтовні параметри режима азотно-дугового зварювання вольфрамовим електродом кутових швів з’єднань із сплава МНЖ 5-1

Товщина метала, мм	dWe, мм	dприс., мм	Iзв, А	Товщина метала, мм	dWe, мм	dприс., мм	Iзв, А
2,5 3,0	3 3	2-3 3-4	70-115 105-120	4 5	4 5	4-5 5	120-150 130-170

Примітка: Напруга на дузі 26-28 В для всіх випадків.

Техніка зварювання така ж сама, що і для міді, за виключенням відсутності попереднього і супутнього підігрівання, але необхідності при багатошаровому зварюванні кожний подальший валик накладати після очищення і охолодження попереднього до Т=50-60°С.

Зварювання з’єднань товщиною 0,3-1,2 мм рекомендується виконувати імпульсно-дуговим процесом.

Автоматичне зварювання мідно-нікелевих сплавів в аргоні вольфрамовим електродом застосовується перш за все при виконанні кільцевих необертаємих з’єднань труб.

Обов’язковим є використання присадного дроту при зварюванні кореневого шва для запобігання виникнення гарячих тріщін і підвищення продуктивності праці. Параметри режима цього виду зварювання наведені в табл. 4.53.

Таблиця 4.53 – Орієнтовні параметри режима автоматичного аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом стикових (кільцевих) необертаємих з’єднань із сплава МНЖ 5-1

Товщина метала, мм	dWe, мм	Номер прохода	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/г
2,5-3,0 4,0 5,0 7,0	2 3 3 3	1-2 1-4 1 2-5 1 2-8	100-105 180-200 200-205 210-220 200-205 220-230	10 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9	9 15 15 16 16 14

Примітки: 1. Діаметр присадного дрота 1,6мм, швидкість його подачи 36 м/г

2. Витрата аргона 8-10 л/хв.

Нижні шари багатопрохідних швів мають підвищені властивості порівняно з верхніми внаслідок їх термічної обробки при накладанні верхніх шарів, а корозійна стійкість така ж сама, як і основного метала.

Механізоване зварювання плавким електродом в захисних газах дозволяє значно підвищити продуктивність порівняно з попередніми способами.

Підготовка кромок до зварювання передбачає кути розкриття при V-подібному і Х-подібному розчищенні 30±3° на один бік, а при U-подібному (для необертаємих стиків труб неплавким електродом) при товщині метала 4-5мм 30±5°, а при товщині 6-7мм - 40±5°. При однобічному зварюванні стикових з’єднань на зйомних підкладках розміри зазорів змінюються в межах від 1,5-2,5мм; номінальна ширина шва при цьому від 5 до 28 мм, а висота підсилення від 1 до 2мм. Якщо застосовується залишаючися підкладки з того ж самого міднонікелевого сплава, ширина яких 15-20мм і товщина 2-3мм, величина зазорів лежить у межах від 0 до 3мм; ширина шва – від 5 до 29 мм, а висота підсилення від 1 до 2 мм. При двобічному зварюванні на вазі номінальні розміри зазорів в стикових з’єднаннях змінюються від 1 до 4 мм, ширина швів становить 6-24мм в залежності від типа шва, а підварювального при V-подібному розчищенні лежить у межах 3-13 мм. При автоматичному зварюванні для U-подібного розчищення розміри зазорів лежать у межах 0,5-1,0мм, притуплення становить 1,5мм; ширина шва від 8 до 14мм, висота підсилення 1,5мм, а для V-подібного розчищення зазор – нульовий, притуплення 0,5 мм; ширина шва – 6мм, висота підсилення – 1мм. Вимоги до постановки прихваток та інших мір, пов’язаних з технологією і технікою зварювання, такі ж самі, як і для міді. Зварювання ведеться електродними дротами діаметром не більше 1,6мм на постійному струмі зворотної полярності на параметрах режима, наведених в табл. 4.54 і 4.55.

Таблиця 4.54 – Орієнтовні параметри режима напівавтоматичного зварювання плавким електродом в захисних газах з’єднань зі сплава МНЖ 5-1 зварювальним дротом МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 діаметром 1 мм

Тип шва	Товщина метала, мм	Захисний газ
		Аргон		Азот
		Iзв,А	Uд,В	Iзв,А	Uд,В
Стиковий на флюсовій подушці*	2,5-3,5 4,0-5,0	210-220 240-250	24-25	150-170 180-200	29-30 30-31
Стиковий (кільцевий) на підкладці або на підварьовальному шві	2,0-3,0 3,5-4,0 4,5-5,0	140-160 170-180 190-200	22-23 23-24 23-24	130-150 160-170 170-180	25-26 26-27 27-28
Кутові (кільцеві) у з’єднаннях «внапустку»**	2,0-5,0 2,5-5,0	150-170 -	22-24 -	- 130-150	- 25-28
Кутові в кутових і таврових з’єднаннях	2,5-3,0 3,5-4,0 4,5-5,0	140-150 160-180 190-210	23-24 23-24 24-26	-	-

Примітки: 1. Витрата аргона 8-10 л/хв, азота 18-20 л/хв.

2. * Зварювання швів у нижньому положенні,

** зварювання на підйом при підкантуванні зварюваних вузлів.

Таблиця 4.55 – Орієнтовні параметри режима напівавтоматичного зварювання плавким електродом в азоті з’єднань із сплава МНЖ 5-1 електродним дротом МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 діаметром 1,2мм

Тип шва	Товщина метала, мм	Число валиків	Iзв, А	Uд, В
Стиковий (кільцевий) на підкладці або по підварювальному шву*	4-5 8-10 15	1 2 3	180-200 190-210 210-240	28-30 29-30 30-32
Кутове в кутових і таврових з’єднаннях	5; 8** 8; 8** 5; 15** 8; 15** 15; 15**	1 2-3 1 3 5	200-220 220-230 240-250 240-250 250-270	26-28 32-34 32-34 32-34 34-36

Примітки: 1. Витрата азота 18-20 л/хв

2. * Зварювання на підйом при підкантовуванні зварюваних вузлів,

** товщини сумісно зварюваних деталей.

Зварювання плавким електродом міднонікелевих сплавів під флюсом виконується із застосуванням плавлених флюсів ОСЦ-45 в поєднанні з дротами того ж складу, що і зварюваний метал, якщо в його складі є елементи розкислювачи, або дротами, що їх містять, наприклад, марок Бр ОЦ 4-3 або Бр АЖМц 10-3-1,5.

Зварювання під керамічними флюсами (ЖМ-1) може виконуватися, як мідним електродним дротом марок МО, М1, так і дротом, близьким до складу зварюваного метала. В усіх випадках можна використовувати дріт марки МНЖКТ 5-1-0,2-0,2.

Підготовка основного метала і дроту така ж сама, як і при зварюванні міді. Якщо воно виконується на графітовій підкладці, останню треба попередньо прогартувати при Т=200-300°С, початок і кінець шва слід виконувати на технологічних планках, або приставних графітових. Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності на параметрах режима, наведених в табл. 4.56.

Таблиця 4.56 – Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання під флюсом сплавів МНЖ 5-1 і МН 10 зварювальним дротом марки МНЖКТ 5-1-0,2-0,2

Товщина метала, мм	de, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/г	Марка флюса
5 10 15 20 5-6	4 4 6 5 3-4	390-420 590-620 890-920 1180-1220 400-450	28-30 32-34 36-38 40-42 28-30	40 20 12 8 25	ОСЦ-45 ОСЦ-45 ОСЦ-45 ОСЦ-45 ЖМ-1

Параметри режима плазмодугового наплавлення міднонікелевих сплавів на сталі наведені в табл. 4.44 і 4.45.